Diri - บอลลูนฮีเลียมกระตุ้น: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแนะนำคุณตลอดขั้นตอนการสร้างบอลลูนฮีเลียมอิสระที่บันทึกพื้นที่ ดูวิดีโอ:

บอลลูนและเคสทำเอง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วย Arduino Pro mini มอเตอร์สามตัวพร้อมอุปกรณ์ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสำหรับการตรวจจับสิ่งกีดขวาง ไจโรสโคปสำหรับการรักษาเสถียรภาพ และกล้อง GoPro สำหรับถ่ายภาพ/วิดีโอ

นี่คือขั้นตอน:

1. รับวัสดุ

2. สร้างบอลลูน

3. ทำเคสสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และติดเข้ากับบอลลูน

4. เพิ่มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

5. รหัส!

6. ความท้าทายบางอย่างเมื่อทำงานกับลูกโป่งฮีเลียม

คำแนะนำนี้อิงจากโครงการวิจัยของ Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) และ David Kirk (https://openlab.ncl).ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - เผยแพร่ในการประชุม Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). ขอขอบคุณเป็นพิเศษสำหรับความช่วยเหลือจาก Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected])

อย่าลังเลที่จะส่งอีเมลถึงเราหากคุณมีคำถามหรือข้อเสนอแนะ!

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

วัสดุสำหรับลูกโป่ง

2 x ผ้าห่ม Mylar (ค้นหา "ผ้าห่มกู้ภัย mylar" ควรหาง่ายและมีราคาเพียงไม่กี่ปอนด์)

1 x Mylar ballon

เครื่องมือ

1 x เครื่องหนีบผม (อย่างน้อย 200 °C)

สำหรับปลอก

2 x แผ่นไม้บัลซ่า

เครื่องตัดเลเซอร์หรือมีดผ่าตัด

เดือยไม้ 1 อันของ ca. ยาว 50 ซม. (สำหรับติดมอเตอร์)

กาวบางตัวฉันชอบ Epoxy มาก

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

Arduino pro mini (อาจเป็นนาโนเช่นกัน ฉันเดาว่าหรืออะไรเล็ก ๆ น้อย ๆ เท่ากัน)

2 x สะพาน H

มอเตอร์ 3 ตัวพร้อมอุปกรณ์ประกอบฉาก (เช่น ควอดคอปเตอร์ตัวน้อย)

GoPro Hero (เหมาะสำหรับ WiFi)

Gyro + Accelerometer - ITG3200/ADXL345 (ฉันได้อันนี้:https://www.sparkfun.com/products/10121)

3 x Ultrasonic sensors - Ultrasonic Range Finder - LV-MaxSonar-EZ0 (อันนี้ดี

ขั้นตอนที่ 2: การทำลูกโป่ง

การทำลูกโป่ง

คุณต้องเลือกขนาดของบอลลูนอย่างรอบคอบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับจำนวนสิ่งของที่คุณต้องการติดเข้ากับบอลลูน เนื่องจากลูกโป่งขนาดใหญ่กว่า 90 ซม. (~30 นิ้ว) หาได้ยาก ฉันจึงตัดสินใจทำลูกโป่ง Mylar ของตัวเองขึ้นมา คุณสามารถเลือกรูปร่างที่คุณต้องการได้ แต่ฉันคิดว่าบอลลูนทรงกลมจะหมุนได้ง่ายขึ้น ลูกโป่งขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 130 ซม. บรรจุได้ 360 กรัม

หมายเหตุ บอลลูนฮีเลียมสามารถบรรทุกได้มากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับความสูงของสถานที่ของคุณ (ระดับน้ำทะเล) เนื่องจากความสามารถในการยกของฮีเลียมขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความหนาแน่นของอากาศ

สิ่งที่ต้องทำ:

นำผ้าห่ม Mylar สองแผ่นมาตัดเป็นวงกลมยาว 130 ซม. (~ 51 นิ้ว) ออกจากแต่ละแผ่น

การทำให้ไมลาร์ร้อนขึ้นทำให้เปราะบางและบางมาก ดังนั้นเราจะใช้ไมลาร์แบบหนาเพิ่มเติมจากบอลลูนไมลาร์ปกติสำหรับเส้นขอบ

ตัดแถบเล็กๆ ประมาณ 5 ซม. x 10 ซม. (2 นิ้ว x 4 นิ้ว) ออกจากลูกโป่ง Mylar แบบหนาของคุณ ตามหลักการแล้ว ควรกว้างกว่าเตารีดยืดผมเล็กน้อย

วางวงกลมสองวงไว้ด้านบนของกันและกัน พันแถบหนารอบขอบแล้วกดเข้าด้วยกันด้วยที่หนีบผมตรง โดยปกติหลังจากผ่านไป 5 วินาที Mylar จะละลาย ฉันหนีบเครื่องหนีบผมด้วยยางรัดแล้วปล่อยให้อยู่ในสถานะนี้เป็นเวลา 30-60 วินาที วิธีนี้ทำให้คุณมั่นใจได้ว่า Mylar จะละลายหมดและไม่มีช่องว่าง เพลิดเพลินไปกับขั้นตอนนี้สำหรับเส้นรอบวงทั้งหมดของบอลลูน (ซึ่งจะใช้เวลาประมาณตลอดไป) นอกเหนือจากส่วนหนึ่งซึ่งคุณต้องเว้นช่องว่างเพื่อให้สามารถเติมบอลลูนได้ เนื่องจากคุณไม่ต้องการมีช่องเปิดธรรมดาสำหรับบอลลูน คุณจึงควรใช้การเปิดซอง Mylar แบบหนาซึ่งมีการเปิดทางเดียวที่ช่วยให้เติมได้ง่าย

ตอนนี้คุณทำกับซองจดหมายเสร็จแล้ว!

สิ่งที่เจ้าเล่ห์ต่อไปจะเป็นเคส วัสดุที่แนะนำที่สุดคือไม้บัลซ่าเนื่องจากมีน้ำหนักเบา

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างเคส

ไม้บัลซ่าเป็นวัสดุที่เหมาะที่สุดสำหรับทำตัวเรือน เพราะมันดูดีและเบามาก! ที่มาพร้อมกับข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวคือ มันไม่แข็งแกร่งมาก ฉันจัดการไม่ให้แตกหลายกรณีเกินไป มันค่อนข้างน่าเชื่อถือ มันแค่ต้องการความระมัดระวังเล็กน้อย วิธีที่ง่ายที่สุดในการจัดการกับบัลซ่าคือการตัดด้วยมีดผ่าตัด

เพียงแค่มีความคิดสร้างสรรค์และดูสิ่งที่คุณชอบ! ฉันทดลองกับรูปทรงต่างๆ มากมาย และบานพับมีชีวิตก็ดูเท่มาก (ดู https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… คุณยังสามารถเลือกกล่องมาตรฐานได้เลย ไม่สำคัญหรอก ตราบใดที่คุณสามารถวางทุกอย่างไว้ข้างในและติดเดือยสำหรับมอเตอร์

ฉันตัดสินใจดัดแถบไม้บัลซ่าให้โค้ง คุณสามารถทำได้โดยใช้น้ำต้มสุกกลมใหญ่แล้วค่อยๆ งอแถบด้านใน หากคุณวางของหนักอย่างแก้วน้ำไว้ด้านบนแล้วปล่อยทิ้งไว้ 1-2 ชั่วโมงในน้ำ บัลซ่าจะงอได้ดี เมื่อมันโค้งแล้วให้เอาออกมาปล่อยให้แห้ง (ขออภัยที่ไม่มีรูปนั้น ตัดครึ่งวงกลมสองวงออกจากไม้บัลซ่าสำหรับด้านข้าง

คุณสามารถติดเดือยกับเคสด้วยอีพ็อกซี่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามอเตอร์หันหน้าไปทางด้านหน้าเพื่อให้แข็งแรงที่สุด สำหรับมอเตอร์ขึ้น/ลง ให้ทำรูเล็กๆ สองรูที่ด้านล่างของกล่อง ติดมอเตอร์เข้ากับเดือยสองตัวแล้วใส่เข้าไปในรู เพิ่มแผ่นอีกแผ่นแล้วใส่เข้าไปด้วยทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้น (ดูรูปพร้อมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)

ขั้นตอนที่ 4: The Electonics

ส่วนประกอบ

ฉันคิดว่ามันคงจะเจ๋งถ้ามีบอลลูนที่ถ่ายรูปและวิดีโอ ฉันยังต้องการการตรวจจับสิ่งกีดขวางและการรักษาเสถียรภาพ

ดังนั้นฉันจึงเพิ่มเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสามตัว (1); สองเพื่อตรวจจับทุกอย่างที่ด้านหน้าซ้ายและขวา และอีกหนึ่งเพื่อวัดระยะห่างจากเพดาน ฉันไม่มีปัญหากับการรบกวน (แม้ว่าจะมีการกล่าวถึงในแผ่นข้อมูล แต่คุณต้องใช้การโยง โปรดดูที่ https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf สิ่งสำคัญเพียงอย่างเดียวคือ เซ็นเซอร์ต้องแยกจากกันพอสมควรกรวยต้องไม่ทับซ้อนกันเนื่องจากโซนาร์ที่มาจากเซ็นเซอร์จะรบกวนซึ่งกันและกันทำให้เซ็นเซอร์ตรวจจับสิ่งกีดขวางโดยที่จริงแล้วเป็นเพียงเซ็นเซอร์อีกตัวที่ยิงเสียงเพื่อทำหน้าที่

ไจโรสโคป (2) ทำให้การเคลื่อนไหวมีเสถียรภาพหลังจากหมุน สิ่งสำคัญคือ (ไม่เหมือนกับที่แสดงในรูปภาพที่ทุกอย่างถูกโยนเข้าไปในปลอก) ที่คุณเลือกแกนเดียว (ในกรณีของฉันคือ Z) และจัดตำแหน่งให้มากที่สุดเพื่อให้ขนานกับพื้น ดังนั้นการหมุนของบอลลูนจะส่งผลให้การวัดการหมุนวนของค่า Z เปลี่ยนไปเท่านั้น เห็นได้ชัดว่าคุณสามารถใช้คณิตศาสตร์แฟนซีได้ แต่วิธีนี้ใช้ได้ผลดีสำหรับฉัน ฉันเพิ่งติดเซ็นเซอร์ไว้บนกระดานไม้บัลซ่า และนั่นก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้มันใช้งานได้

GoPro (3) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเริ่มต้นรูปภาพจากระยะไกล และสุดท้ายคือ H-Bridges (L293D) สำหรับมอเตอร์+อุปกรณ์ประกอบฉาก (4) สายไฟของ H-Bridge จะต้องต่อกับแบตเตอรี่โดยตรง อย่าข้าม Arduino เพราะมอเตอร์ส่งเสียงดังมาก! ซึ่งจะทำให้การอ่านค่าจากเซ็นเซอร์ใช้ไม่ได้ แต่อย่าลืมเชื่อมต่อกราวด์ของ H-Bridges กับ Arduino นอกจากนี้ H-Bridges จะต้องเชื่อมต่อกับพิน PMW เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง

หากคุณกล้าหาญ คุณสามารถแยกสาย Mini-USB ออกจากกัน และเพิ่ม GoPro ผ่านขั้วต่อ USB เข้ากับวงจรของคุณโดยเชื่อมต่อ + กับ VCC บน adruino และพื้น ด้วยวิธีนี้คุณสามารถถอดแบตเตอรี่ของ GoPro ออกและช่วยลดน้ำหนักได้มาก! ซึ่งจะทำให้ใช้เวลาในการทำงานน้อยลง เนื่องจากบอลลูนไม่ต้องการพลังงานแบตเตอรี่เพื่อให้ลอยอยู่ในอากาศ แบตเตอรี่ (3.7 V, 1000mAh ถือว่าดี) จึงใช้งานได้ประมาณ 2 ชั่วโมงโดยมีการถ่ายรูปเป็นครั้งคราว แบตเตอรี่ชนิดเดียวกันจากหลายบริษัทอาจมีน้ำหนักต่างกันได้ ดังนั้นพยายามซื้อแบตเตอรี่ที่มี mAh ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ก็มีน้ำหนักเบาที่สุดเช่นกัน

เชื่อมต่อ (ส่วนประกอบ -> Arduino)

อัลตราโซนิกเซนเซอร์

พลังงาน+กราวด์ -> Arduino VCC และกราวด์

BW -> A0, A1, A3 (จำไม่ได้ว่าทำไมฉันข้าม A2 อาจไม่มีเหตุผล)

ไจโร+มาตรความเร่ง

พลังงาน+กราวด์ -> Arduino VCC และกราวด์

SDA (ปักหมุดเหนือ GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (ปักหมุดเหนือ SDA) -> Arduino SCL (A5)

สะพาน H

พิน 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

พิน 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

พิน 2 -> Arduino Pin 11

พิน 3 -> มอเตอร์ 1.a

ขา 6 -> มอเตอร์ 1.b

พิน 7 -> Arduino พิน 10

(เช่นเดียวกับ H-Bridge อื่นที่มีมอเตอร์ 2+3)

โค้ดต่อไป!

ขั้นตอนที่ 5: การเขียนโปรแกรม

เกมส์ด่วน

ติดตั้ง

เริ่มต้น PIN และเซ็นเซอร์ทั้งหมด

LOOP

• อย่างแรก ถ้าบอลลูนไม่เคลื่อนที่ซักพักก็จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (ไม่มีการเคลื่อนไหวใดที่น่าเบื่อ)

  randommove = 1 จะตรวจสอบว่าเมื่อสิ้นสุดลูป

• จากนั้นตรวจสอบว่าความสูงยังโอเคอยู่หรือไม่ (KeepHeight()) และอาจขึ้นหรือลงได้ โดยตั้งไว้ที่ 1 เมตรใต้เพดาน
• หากมีบางสิ่งที่ใกล้กว่า 150 ซม. เกินกว่าที่จะหลีกเลี่ยงได้ ให้เริ่มการเลี้ยว
• ถ้าเซ็นเซอร์ทั้งสองตรวจพบบางสิ่งที่ด้านหน้า บอลลูนจะถอยหลัง
• หลังเลี้ยวเพื่อหลีกเลี่ยงการดริฟท์ให้หมุนด้วยมอเตอร์เพื่อให้ทิศทางไม่หมุนอีกต่อไป
• สุดท้ายทำการเคลื่อนไหวไปข้างหน้าและใช้ Gyro เพื่อให้ตรงขณะบินเป็นเวลา 5 วินาที

ฉันค่อนข้างแน่ใจว่ามีวิธีที่ดีกว่าในการบรรลุสิ่งเหล่านี้ หากคุณมีข้อเสนอแนะโปรดแจ้งให้เราทราบ!

ขั้นตอนที่ 6: บันทึกย่อสุดท้าย

สิ่งที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับลูกโป่งฮีเลียมมีดังนี้

ความท้าทายในการทำงานกับลูกโป่งฮีเลียม

แม้ว่าฉันจะรัก Diris ของฉัน แต่ลูกโป่งฮีเลียมก็ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ ความท้าทายแรกคือการได้บอลลูนที่มีขนาดเหมาะสมเพื่อยกส่วนประกอบทั้งหมด ปริมาตรของบอลลูนกำหนดจำนวนฮีเลียมที่บอลลูนสามารถเก็บได้ ซึ่งเป็นสัดส่วนกับแรงขึ้น สิ่งนี้จำกัดการเลือกส่วนประกอบอย่างมาก ข้อจำกัดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือแบตเตอรี่ ยิ่งเบาก็ยิ่งสั้น เพื่อให้สามารถพกพาไมโครคอนโทรลเลอร์ แบตเตอรี และมอเตอร์ได้อย่างน้อย บอลลูนฮีเลียมต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่ต่ำกว่า 90 ซม.

ประการที่สอง ลูกโป่งที่เติมฮีเลียมจะไวต่อการไหลของอากาศและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในห้องอย่างมาก เนื่องจากบอลลูนฮีเลียมลอยอยู่เสมอ (กล่าวคือ ไม่มีทางที่จะนิ่งสนิท) ลูกโป่งเหล่านี้จึงได้รับผลกระทบอย่างมากจากกระแสลมและกระแสลมใดๆ ฉันไม่มีประสบการณ์ที่ดีกับการใช้ลูกโป่งในห้องปรับอากาศ

ประการที่สาม เนื่องจากการแทนที่บอลลูนฮีเลียมประกอบด้วยการเปลี่ยนความเฉื่อยโดยการกระตุ้นใบพัดเพื่อสร้างแรงขับ ไม่กี่วินาทีผ่านไประหว่างการเริ่มต้นของการเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่แท้จริง ส่งผลให้บอลลูนไม่สามารถตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกได้ดี และยังเป็นการท้าทายมากที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางอย่างรวดเร็ว

ในที่สุด เนื่องจากฮีเลียมมีน้ำหนักเบากว่าอากาศ ฮีเลียมจึงค่อยๆ หลุดออกจากปลอกทุกชนิด ด้วยเหตุนี้จึงต้องเติมบอลลูนทุกวันหรือวันเว้นวัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่าปลอกหุ้มกันอากาศได้อย่างไร การเติมฮีเลียมในปริมาณที่เหมาะสมลงในบอลลูนจะทำให้บอลลูนลอยได้ค่อนข้างจะค่อนข้างท้าทาย กล่าวคือ ไม่ตกหรือสูงขึ้น ขอแนะนำให้เติมบอลลูนให้เบาเกินไปและปรับสมดุลด้วยน้ำหนักเพิ่มเติม ซึ่งสามารถถอดออกได้อย่างง่ายดายอีกครั้ง